基于GPRS和虛擬串口的遠程CEMS系統設計

徐董冬　王菊

摘要：為實現電廠CEMS系統的遠程監測，建立CEMS遠程數據采集中心，本文主要提出一種基于GPRS和虛擬串口技術的解決方案。通過本地串口服務器將本地上位機中的數據提取出來，再利用GPRS DTU將采集到的數據發送至具有固定IP的數據接收端，最后利用虛擬串口技術進行界面還原，最終實現遠程在線監控的詳細描述。

關鍵詞：GPRS 虛擬串口 遠程CEMS系統

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0179-01

CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的縮寫，是指對大氣污染源排放的氣態污染物和顆粒物進行濃度和排放總量連續監測并將信息實時傳輸到主管部門的裝置，被稱為“煙氣自動監控系統”。傳統的CEMS系統采取“分而治之”的方案，即每一套脫硫脫銷設備對應一套CEMS系統。而每一個電廠又會有多臺機組，往往分布于廠區不同區域，這樣，既會增加相關運維部門的運維開支，又不利于電廠對于CEMS的集中管控。因此有必要對CEMS進行在線監控和集中管控。鑒于現場上位機無法直接接入Internet，因此本文提出一種采用GPRS和虛擬串口技術的解決方案，基于FameView平臺，實現具有遠程監測和集中控制的CEMS系統，使設備商和設備管理人員可以隨時查看現場情況，及時發現CEMS相關設備存在問題和缺陷。

1 遠程CEMS系統總體結構

以某電廠實際CEMS集控系統為例，現場有4臺發電機組，也即對應4套CEMS運行系統。每套CEMS獨立運行，無法實現在同一時間內對多個CEMS進行在線監測，運維效率不高。

為了實現CEMS系統集中遠程監控，實現對多個系統的融合，并使融合后的系統具有遠程監測和集中管理的功能。由于現場運行環境限制，采用GPRS DTU作為傳輸介質，實時監測所有運行設備的數據參數和狀態參數，包括脫硫入口數據、脫硫出口數據、脫硝入口數據、脫硝出口數據、相關折算數據、探頭反吹狀態等。

遠程CEMS系統結構如圖1所示。遠程數據中心上位機采用功能強大的FameView平臺開發，利用SQL SERVER 2000數據庫作為數據管理工具。打開本地串口服務器，發送現場設備的數據參數和狀態參數，采用GPRS技術傳輸現場數據到數據中心上位機的IP地址，利用虛擬串口“USR VCOM”作為數據接收端，將收到的數據進行組態界面還原并存入數據庫，制作數據報表和實時數據曲線。這樣不僅可以實現多套CEMS系統的同時在線監測有利于數據匯總，而且可以實現跨廠區之間的數據互通，有利于管理人員和設備供應商隨時查看現場情況，及時發現設備中存在的缺陷，大大提升了運維效率和設備安全性。如圖1所示。

2 相關通訊配置

2.1 本地串口服務器配置

本地串口服務器配置可以通過配置FameView提供的“數據服務”功能實現。在FameView中選擇“數據服務”菜單下的“設置串口服務器”，進行通訊串口參數設置，例如COM4 （9600，8，1，None）。設置好相應的串口參數后，選擇“定義變量包”，將點表中的變量AI和DI，加入到相應的變量包中，記下各個變量在變量包中的地址。然后在FameView的“我的系統”菜單下的“設置”，選擇“啟動任務”勾選“串口服務器”并確定即可。

2.2 GPRS配置

GPRS DTU的相關配置可以通過DTU自帶的模塊配置軟件進行相關配置。不同的品牌配置軟件的實現方式不盡相同，但需要配置主要參數都是一樣的。需要配置的主要參數包括串口基本參數、DTU終端編號、目標的IP的地址或域名和目標端口號，選擇傳輸協議為TCP/IP協議即可。配置成功后，DTU就可以與目標IP地址的主機建立鏈接發送數據，發送的數據包中包含登陸幀、心跳幀和數據幀。

2.3 虛擬串口配置

在遠程監控中心計算機上安裝一個名為“USR VCOM”的虛擬串口軟件。這是一款能夠接收TCP/IP協議的網絡數據格式，并將此數據映射為支持RS-232協議格式的串口通訊數據送入用戶虛擬出來的串口中。打開“USR VCOM”后，點擊“添加”，添加一個新的虛擬串口，選擇串口號，“網絡協議”選擇“TCP Client”，“目標IP”填寫遠程監控中心的IP地址，“目標端口”填寫一個遠程監控中心計算機中未被使用的端口號，最后點擊確定即可。

3 遠程接收端配置

遠程接收端仍然以FameView實現，首先需要在FameView中添加相應的設備驅動，選擇“基本應用”菜單下的“設備通訊”，首先安裝名為“FMTELE”的設備驅動程序，它實際上是FameView封裝的MODBUS協議，主要用于通過電話撥號或串口直連來訪問遠程串口服務器。安裝完成后，就需要添加相應的設備。點擊“設備驅動數據表”，這里我們可以將每一個CEMS系統看成一個設備，從而實現對多個CEMS系統的集中監測。“遠程參數”中需根據DTU中SIM卡的電話號碼填寫；“本地參數”中所使用的就是我們利用“USR VCOM”虛擬出來的串口“COM1”；“通訊數據”可根據“模擬變量包”的規模定義相應的參數。

3.1 軟件設計

遠程CEMS系統基于FameViwe軟件實現。采用模塊化編程思想，主要將軟件分為數據采集預處理模塊、數據庫管理模塊和組態顯示畫面3個部分。

數據采集預處理模塊主要完成對現場硫化物和氮氧化物數據的采集和數據預處理功能，以及變量的轉換、標定，數據濾波，編程中間量和簡單的計算等功能。

3.2 數據庫管理模塊

出于對數據安全性和完整性的考慮，系統采用SQL SERVER2000作為存儲數據庫，選擇ODBC數據源橋接作為數據庫鏈接工具，每5分鐘記錄一次，實時保存所有監測到的數據和狀態量，對系統優化以及報表處理提供依據。

3.3 組態顯示畫面

系統界面采用多屏幕切換，清晰直觀，包括數值監測、量程設置、參數設置、實時曲線、報表等，實現了對CEMS系統的參數監測和運行控制。其中實時參數以數值和實時曲線方式顯示，歷史數據和報警信息以報表形式記錄，并可通過打印機進行打印。

4 結語

該系統在 FameView 平臺下，基于 GPRS和虛擬串口技術，發送端利用GPRS網絡資源，搭建網絡環境，連接現場CEMS系統并利用DTU進行數據通信，接收端采用虛擬串口實現數據接收，建立起在遠程對于多個CEMS系統統一監測，程序界面友好直觀，保障了遠程實時獲取現場CEMS工況，并能夠通過遠程數據分析及時發現現場存在的缺陷和問題，節省了大量人力物力，對于提高管理效率降低運維成本有一定的意義。

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